DE112017002136T5 - Vehicle seat sensor systems for use with seat occupancy detection systems - Google Patents
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Abstract
Es werden Fahrzeugsitzsensorsysteme zur Verwendung mit Sitzbelegungserkennungssystemen (OCS) beschrieben.Vehicle seat sensor systems for use with seat occupancy detection (OCS) systems are described.
Description
VERWANDTE ANMELDUNGSDATENRELATED APPLICATION DATA
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität gegenüber der
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIKGENERAL PRIOR ART
Sitzbelegungserkennungen (ODS) bestimmen, ob ein Airbag in einem Fahrzeug zu aktivieren oder zu deaktivieren ist. Das Konzept eines Sitzbelegungserkennungssystems (OCS) hat sich in den letzten Jahren entwickelt. Ein OCS ist in einem Dynamischen Airbag-Unterdrückungssystem (Dynamic Airbag Suppression System; DASS) integriert. Der Zweck eines OCS ist es, genug Informationen zu erfassen, um in der Lage zu sein, zum Zweck des Steuerns der Einsatzkraft eines mehrstufigen Airbags zu bestimmen, wer oder was sich in einem Fahrzeugsitz befindet. Gegenwärtig ist in den meisten Fahrzeugen nur ein ODS mit beispielsweise einem einfachen Druckschalter implementiert, der durch einen flüssigkeitsgefüllten Balg im Sitz aktiviert wird. Dieser elementare Mechanismus zeigt zum Zweck des Aktivierens des Beifahrer-Airbags an, ob sich ein Objekt im Sitz befindet, das mehr als 65 Pfund wiegt. Diese Herangehensweise stellt jedoch keine Informationen darüber bereit, ob das Objekt ein Mensch ist, ganz abgesehen von der Größe oder Sitzposition dieses Menschen.Seat occupancy identifiers (ODS) determine whether to activate or deactivate an airbag in a vehicle. The concept of a seat occupancy detection system (OCS) has evolved in recent years. An OCS is integrated in a Dynamic Airbag Suppression System (DASS). The purpose of an OCS is to capture enough information to be able to determine who or what is in a vehicle seat for the purpose of controlling the deployment force of a multi-stage airbag. At present, in most vehicles, only one ODS is implemented with, for example, a simple pressure switch activated by a fluid-filled bellows in the seat. This elemental mechanism indicates, for the purpose of activating the passenger airbag, whether there is an object in the seat that weighs more than 65 pounds. However, this approach does not provide any information as to whether the object is human, quite apart from the size or seating position of that person.
KURZDARSTELLUNGSUMMARY
Gemäß einer ersten Klasse von Implementierungen umfasst ein Sensorsystem ein Array von in einer flexiblen Baugruppe angeordneten Sensoren. Die flexible Baugruppe ist zur Integration in einen Sitz konfiguriert. Jeder Sensor umfasst ein piezoresistives Element und eine Sensorleiterbahnstruktur einschließlich zweier eng beabstandeter leitfähiger Sensorleiterbahnen. Jeder Sensor ist zudem mit einem Paar von leitfähigen Routingleiterbahnen verbunden, die konfiguriert sind, ein Ansteuersignal zu empfangen und ein Sensorsignal zu senden. Jedes Sensorsignal stellt eine auf den entsprechenden Sensor ausgeübte Kraft dar. Die Sensorleiterbahnstrukturen und die leitfähigen Routingleiterbahnen für die Sensoren des Arrays sind auf einem flexiblen Substrat gebildet. Die piezoresistiven Elemente für die Sensoren des Arrays sind an dem flexiblen Substrat in Kontakt mit den entsprechenden Sensorleiterbahnstrukturen befestigt. Es sind Sensorschaltungen mit den leitfähigen Routingleiterbahnen verbunden und konfiguriert, die Sensoren des Arrays mit den Ansteuersignalen selektiv einzuschalten und die Sensorsignale zu empfangen.According to a first class of implementations, a sensor system comprises an array of sensors arranged in a flexible assembly. The flexible assembly is configured for integration into a seat. Each sensor includes a piezoresistive element and a sensor trace structure including two closely spaced conductive sensor traces. Each sensor is also connected to a pair of conductive routing traces configured to receive a drive signal and send a sensor signal. Each sensor signal represents a force applied to the corresponding sensor. The sensor trace structures and the conductive routing traces for the sensors of the array are formed on a flexible substrate. The piezoresistive elements for the sensors of the array are attached to the flexible substrate in contact with the corresponding sensor trace structures. Sensor circuits are connected to the conductive routing traces and configured to selectively turn on the sensors of the array with the drive signals and to receive the sensor signals.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der ersten Klasse von Implementierungen umfasst das Sensorsystem mehrere auf dem flexiblen Substrat gebildete Temperatursensorelemente. Jedes der Temperatursensorelemente ist konfiguriert, ein Temperatursignal zu erzeugen, das eine Temperatur der flexiblen Baugruppe in einer Umgebung des Temperatursensorelements darstellt. Die Sensorschaltungen sind konfiguriert, die Temperatursignale zu empfangen und Kraftwerte, die von den Sensorsignalen abgeleitet sind, unter Verwendung von Korrekturwerten zu modifizieren, die den Temperatursignalen entsprechen.According to a particular implementation of the first class of implementations, the sensor system includes a plurality of temperature sensor elements formed on the flexible substrate. Each of the temperature sensing elements is configured to generate a temperature signal representative of a temperature of the flexible assembly in an environment of the temperature sensing element. The sensor circuits are configured to receive the temperature signals and to modify force values derived from the sensor signals using correction values corresponding to the temperature signals.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der ersten Klasse von Implementierungen umfasst das Sensorsystem ein oder mehrere Luftdrucksensorelemente. Jedes der Luftdrucksensorelemente ist konfiguriert, ein Drucksignal zu erzeugen, das einen Luftdruck in einer Umgebung des Luftdrucksensorelements darstellt. Die Sensorschaltungen sind konfiguriert, jedes Drucksignal zu empfangen und Kraftwerte, die von den Sensorsignalen abgeleitet sind, unter Verwendung von Korrekturwerten zu modifizieren, die jedem Drucksignal entsprechen.According to a particular implementation of the first class of implementations, the sensor system includes one or more air pressure sensor elements. Each of the air pressure sensor elements is configured to generate a pressure signal representing an air pressure in an environment of the air pressure sensor element. The sensor circuits are configured to receive each pressure signal and to modify force values derived from the sensor signals using correction values corresponding to each pressure signal.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der ersten Klasse von Implementierungen umfasst die flexible Baugruppe zwei Abschnitte. Ein erster Abschnitt der Baugruppe ist zur Ausrichtung mit einer Oberseite eines Sitzpolsters des Sitzes konfiguriert und ein zweiter Abschnitt der Baugruppe ist zur Ausrichtung mit einer Vorderseite des Sitzpolsters des Sitzes konfiguriert.According to a particular implementation of the first class of implementations, the flexible assembly includes two sections. A first portion of the assembly is configured for alignment with a top of a seat cushion of the seat and a second portion of the assembly is configured for alignment with a front of the seat cushion of the seat.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der ersten Klasse von Implementierungen ist das Sensorsystem zur Integration in eines oder mehrere von einem Sitzpolster des Sitzes, einem Rückenpolster des Sitzes und/oder einer Kopfstütze des Sitzes konfiguriert.According to a particular implementation of the first class of implementations, the sensor system is configured for integration into one or more of a seat cushion of the seat, a back cushion of the seat, and / or a headrest of the seat.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der ersten Klasse von Implementierungen umfasst das Sensorsystem ein zusätzliches Array von Sensoren, die in einer zusätzlichen flexiblen Baugruppe angeordnet sind, wobei die zusätzliche flexible Baugruppe zur Integration in einen Boden angrenzend an den Sitz konfiguriert ist.According to a particular implementation of the first class of implementations, the sensor system includes an additional array of sensors disposed in an additional flexible assembly, wherein the additional flexible assembly is configured for integration into a floor adjacent to the seat.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der ersten Klasse von Implementierungen sind die piezoresistiven Elemente an dem flexiblen Substrat mit einem Material befestigt, das einen luftdichten Verschluss mit dem flexiblen Substrat um jeden Sensor herum bildet.According to a particular implementation of the first class of implementations, the piezoresistive elements are on the flexible substrate attached with a material that forms an airtight seal with the flexible substrate around each sensor.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der ersten Klasse von Implementierungen weist die flexible Baugruppe mehrere Ausschnittöffnungen zwischen Untergruppen der Sensoren des Arrays auf, sodass jede Untergruppe der Sensoren des Arrays relativ zu anderen Untergruppen der Sensoren des Arrays einen Grad an unabhängiger Bewegung aufweist.According to a particular implementation of the first class of implementations, the flexible assembly has a plurality of cutout openings between subgroups of the sensors of the array such that each subset of the sensors of the array has a degree of independent motion relative to other subgroups of the sensors of the array.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der ersten Klasse von Implementierungen umfassen die Sensorleiterbahnstrukturen und die leitfähigen Routingleiterbahnen für die Sensoren des Arrays eine oder mehrere auf das flexible Substrat mittels Siebdruck gedruckte leitfähige Tinten.According to a particular implementation of the first class of implementations, the sensor trace structures and the conductive routing traces for the sensors of the array include one or more conductive inks printed on the flexible substrate by screen printing.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der ersten Klasse von Implementierungen ist das Sensorsystem die Sensorschaltungen konfiguriert, die Sensorsignale zu verarbeiten, um Kraftdaten zu erzeugen, die eine Verteilung von Kraftstärken über einen oder mehrere Bereiche des Sitzes darstellen. Gemäß einer spezifischeren Implementierung stellen die Kraftdaten die Verteilung der Kraftstärken über die Zeit dar. Gemäß einer weiteren spezifischen Implementierung sind die Sensorschaltungen konfiguriert, die Kraftdaten an ein Sitzbelegungserkennungssystem eines Fahrzeugs zu senden, in dem der Sitz beinhaltet ist.According to a particular implementation of the first class of implementations, the sensor system is configured to process the sensor circuits to generate the sensor signals to generate force data representing a distribution of force levels across one or more areas of the seat. According to a more specific implementation, the force data represents the distribution of the force levels over time. According to another specific implementation, the sensor circuits are configured to transmit the force data to a seat occupancy detection system of a vehicle in which the seat is included.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der ersten Klasse von Implementierungen sind die Sensorschaltungen konfiguriert, die Sensorsignale zu verarbeiten, um eine Art von Objekt oder eine Art von Insasse in dem Sitz zu identifizieren.According to a particular implementation of the first class of implementations, the sensor circuits are configured to process the sensor signals to identify a type of object or type of occupant in the seat.
Gemäß einer zweiten Klasse von Implementierungen umfasst ein Fahrzeugsitz ein Gehäuse, ein oder mehrere Polster, einen Sitzbezug, der die Polster am Gehäuse befestigt, und ein Sensorsystem. Das Sensorsystem umfasst ein Array von in einer flexiblen Baugruppe angeordneten Sensoren. Die flexible Baugruppe befindet sich angrenzend an das eine oder die mehreren Polster innerhalb des Sitzbezuges. Jeder Sensor umfasst ein piezoresistives Element und eine Sensorleiterbahnstruktur einschließlich zweier eng beabstandeter leitfähiger Sensorleiterbahnen. Jeder Sensor ist zudem mit einem Paar von leitfähigen Routingleiterbahnen verbunden, die konfiguriert sind, ein Ansteuersignal zu empfangen und ein Sensorsignal zu senden. Jedes Sensorsignal stellt eine auf den entsprechenden Sensor ausgeübte Kraft dar. Die Sensorleiterbahnstrukturen und die leitfähigen Routingleiterbahnen für die Sensoren des Arrays sind auf einem flexiblen Substrat gebildet. Die piezoresistiven Elemente für die Sensoren des Arrays sind an dem flexiblen Substrat in Kontakt mit den entsprechenden Sensorleiterbahnstrukturen befestigt. Es sind Sensorschaltungen mit den leitfähigen Routingleiterbahnen verbunden und konfiguriert, die Sensoren des Arrays mit den Ansteuersignalen selektiv einzuschalten und die Sensorsignale zu empfangen. Die Sensorschaltungen sind konfiguriert, Kraftdaten unter Verwendung der Sensorsignale zu erzeugen. Die Kraftdaten stellen eine Verteilung von Kraftstärken über einen oder mehrere Bereiche des Fahrzeugsitzes dar. Eine Schnittstelle ist konfiguriert, Kommunikationen basierend auf den Kraftdaten an ein Kraftfahrzeugsystem eines Fahrzeugs zu senden, in dem der Fahrzeugsitz eingebaut ist.In a second class of implementations, a vehicle seat includes a housing, one or more pads, a seat cover that secures the pads to the housing, and a sensor system. The sensor system comprises an array of sensors arranged in a flexible assembly. The flexible assembly is adjacent to the one or more pads within the seat cover. Each sensor includes a piezoresistive element and a sensor trace structure including two closely spaced conductive sensor traces. Each sensor is also connected to a pair of conductive routing traces configured to receive a drive signal and send a sensor signal. Each sensor signal represents a force applied to the corresponding sensor. The sensor trace structures and the conductive routing traces for the sensors of the array are formed on a flexible substrate. The piezoresistive elements for the sensors of the array are attached to the flexible substrate in contact with the corresponding sensor trace structures. Sensor circuits are connected to the conductive routing traces and configured to selectively turn on the sensors of the array with the drive signals and to receive the sensor signals. The sensor circuits are configured to generate force data using the sensor signals. The force data represents a distribution of forces across one or more areas of the vehicle seat. An interface is configured to send communications based on the force data to a vehicle system of a vehicle in which the vehicle seat is installed.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der zweiten Klasse von Implementierungen umfasst das Sensorsystem mehrere auf dem flexiblen Substrat gebildete Temperaturerfassungselemente. Jedes der Temperatursensorelemente ist konfiguriert, ein Temperatursignal zu erzeugen, das eine Temperatur der flexiblen Baugruppe in einer Umgebung des Temperatursensorelements darstellt. Die Sensorschaltungen sind konfiguriert, die Temperatursignale zu empfangen und Kraftwerte, die von den Sensorsignalen abgeleitet sind, unter Verwendung von Korrekturwerten, die den Temperatursignalen entsprechen, zu modifizieren.According to a particular implementation of the second class of implementations, the sensor system includes a plurality of temperature sensing elements formed on the flexible substrate. Each of the temperature sensing elements is configured to generate a temperature signal representative of a temperature of the flexible assembly in an environment of the temperature sensing element. The sensor circuits are configured to receive the temperature signals and to modify force values derived from the sensor signals using correction values corresponding to the temperature signals.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der zweiten Klasse von Implementierungen umfasst das Sensorsystem ein oder mehrere Luftdrucksensorelemente. Jedes der Luftdrucksensorelemente ist konfiguriert, ein Drucksignal zu erzeugen, das einen Luftdruck in einer Umgebung des Luftdrucksensorelements darstellt. Die Sensorschaltungen sind konfiguriert, jedes Drucksignal zu empfangen und Kraftwerte, die von den Sensorsignalen abgeleitet sind, unter Verwendung von Korrekturwerten, die jedem Drucksignal entsprechen, zu modifizieren.According to a particular implementation of the second class of implementations, the sensor system includes one or more air pressure sensor elements. Each of the air pressure sensor elements is configured to generate a pressure signal representing an air pressure in an environment of the air pressure sensor element. The sensor circuits are configured to receive each pressure signal and to modify force values derived from the sensor signals using correction values corresponding to each pressure signal.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der zweiten Klasse von Implementierungen umfasst die flexible Baugruppe zwei Abschnitte. Ein erster Abschnitt der Baugruppe ist mit einer Oberseite eines Sitzpolsters des Sitzes ausgerichtet. Ein zweiter Abschnitt der Baugruppe ist mit einer Vorderseite des Sitzpolsters des Sitzes ausgerichtet.According to a particular implementation of the second class of implementations, the flexible assembly includes two sections. A first portion of the assembly is aligned with an upper surface of a seat cushion of the seat. A second portion of the assembly is aligned with a front of the seat cushion of the seat.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der zweiten Klasse von Implementierungen ist das Sensorsystem mit einem oder mehrere von einem Sitzpolster des Sitzes, einem Rückenpolster des Sitzes und/oder einer Kopfstütze des Sitzes ausgerichtet.According to a particular implementation of the second class of implementations, the sensor system is aligned with one or more of a seat cushion of the seat, a back cushion of the seat, and / or a headrest of the seat.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der zweiten Klasse von Implementierungen sind die piezoresistiven Elemente an dem flexiblen Substrat mit einem Material befestigt, das einen luftdichten Verschluss mit dem flexiblen Substrat um jeden Sensor herum bildet.According to a particular implementation of the second class of implementations, the piezoresistive elements are attached to the flexible substrate with a material that is airtight Forms closure with the flexible substrate around each sensor.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der zweiten Klasse von Implementierungen, dem Sensorsystem, weist die flexible Baugruppe mehrere Ausschnittöffnungen zwischen Untergruppen der Sensoren des Arrays auf, sodass jede Untergruppe der Sensoren des Arrays einen Grad an unabhängiger Bewegung relativ zu anderen Untergruppen der Sensoren des Arrays aufweist.According to a particular implementation of the second class of implementations, the sensor system, the flexible assembly has a plurality of cutout openings between subgroups of the sensors of the array so that each subset of the sensors of the array has a degree of independent motion relative to other subgroups of the sensors of the array.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der zweiten Klasse von Implementierungen umfassen die Sensorleiterbahnstrukturen und die leitfähigen Routingleiterbahnen für die Sensoren des Arrays eine oder mehrere auf dem flexiblen Substrat mittels Siebdruck gedruckte leitfähige Tinten.According to a particular implementation of the second class of implementations, the sensor trace structures and the conductive routing traces for the sensors of the array comprise one or more screen printed conductive inks printed on the flexible substrate.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der zweiten Klasse von Implementierungen ist das Kraftfahrzeugsystem ein Sitzbelegungserkennungssystem und die Sensorschaltungen sind konfiguriert, die Kraftdaten an das Sitzbelegungserkennungssystem über die Schnittstelle zu senden.According to a particular implementation of the second class of implementations, the automotive system is a seat occupancy detection system and the sensor circuits are configured to transmit the force data to the seat occupancy detection system via the interface.
Gemäß einer bestimmten Implementierung der zweiten Klasse von Implementierungen sind die Sensorschaltungen konfiguriert, die Kraftdaten zu verarbeiten, um eine Art von Objekt oder eine Art von Insasse im Sitz zu identifizieren.According to a particular implementation of the second class of implementations, the sensor circuits are configured to process the force data to identify a type of object or type of occupant in the seat.
Ein weiteres Verständnis der Art und Vorteile von verschiedenen Implementierungen kann unter Bezugnahme auf die verbleibenden Abschnitte der Beschreibung und die Zeichnungen realisiert werden.A further understanding of the nature and advantages of various implementations may be realized with reference to the remaining portions of the specification and the drawings.
Figurenlistelist of figures
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1 ist eine auseinandergezogene Darstellung einer bestimmten Implementierung eines Sitzsensorsystems.1 Figure 13 is an exploded view of a particular implementation of a seat sensor system. -
2 zeigt ein Beispiel dessen, wie ein Sitzsensorsystem in einen Fahrzeugsitz integriert sein kann.2 shows an example of how a seat sensor system can be integrated into a vehicle seat. -
3 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm von Sensorschaltungen zur Verwendung mit bestimmten Implementierungen.3 Figure 4 is a simplified block diagram of sensor circuits for use with particular implementations. -
4 veranschaulicht eine Variation der Sensorantwort mit der Temperatur.4 illustrates a variation of the sensor response with temperature. -
5 veranschaulicht den Gebrauch von Temperatursensoren mit einer bestimmten Implementierung eines Sitzsensorsystems.5 illustrates the use of temperature sensors with a particular implementation of a seat sensor system. -
6 veranschaulicht den Gebrauch von Ausschnitten mit einer bestimmten Implementierung eines Sitzsensorsystems.6 illustrates the use of snippets with a particular implementation of a seat sensor system. -
7 veranschaulicht verschiedene Materialschichten für bestimmte Implementierungen eines Sitzsensorsystems.7 illustrates various layers of material for particular implementations of a seat sensor system. -
Die
8A bis8E stellen visuelle Veranschaulichungen von Kräften bereit, die durch Sitzsensorkraftdaten dargestellt sind.The8A to8E provide visual illustrations of forces represented by seat sensor force data.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Die vorliegende Offenbarung beschreibt und ermöglicht Sitzsensorsysteme, die mit Sitzbelegungserkennungssystemen (OCS) verwendet werden können und fähig sind, erheblich mehr Details als vorhergehende Sensoren darüber bereitzustellen, was sich in einem Fahrzeugsitz befindet. Es sind hierin verschiedene spezifische Implementierungen beschrieben einschließlich der denkbar besten Ausführungsformen. Beispiele dieser Implementierungen sind in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht. Der Umfang dieser Offenbarung ist jedoch nicht auf die beschriebenen Implementierungen begrenzt. Vielmehr soll diese Offenbarung Alternativen, Modifikationen und Entsprechungen dieser Implementierungen abdecken. In der folgenden Beschreibung werden spezifische Details angeführt, um ein gründliches Verständnis der beschriebenen Implementierungen bereitzustellen. Einige Implementierungen können ohne einige oder alle dieser spezifischen Details praktiziert werden. Außerdem können wohl bekannte Merkmale nicht im Detail beschrieben sein, um die Übersichtlichkeit zu fördern.The present disclosure describes and enables seat sensor systems that can be used with seat occupancy detection (OCS) systems and that are capable of providing significantly more detail about what is in a vehicle seat than previous sensors. Various specific implementations are described herein, including the best possible embodiments. Examples of these implementations are illustrated in the accompanying drawings. However, the scope of this disclosure is not limited to the implementations described. Rather, this disclosure is intended to cover alternatives, modifications, and equivalents of these implementations. In the following description, specific details are provided to provide a thorough understanding of the described implementations. Some implementations may be practiced without some or all of these specific details. In addition, well-known features may not be described in detail for the sake of clarity.
Piezoresistive Materialien umfassen jegliche von einer Klasse von Materialien, die als Reaktion auf mechanische Kraft (z. B. Druck, Stoß, Verzerrung usw.), die auf das Material ausgeübt wird, eine Änderung im elektrischen Widerstand aufweisen. Eine Klasse von hierin beschriebenen Sensoren umfasst leitfähige Leiterbahnen, die direkt auf einem flexiblen Dielektrikumsubstrat mit piezoresistivem Material gebildet sind oder anderweitig darin integriert sind, das an das Dielektrikumsubstrat angrenzt und/oder dicht darin integriert ist und in Kontakt mit Abschnitten der Leiterbahnen steht. Eine weitere Klasse von hierin beschriebenen Sensoren umfasst leitfähige Leiterbahnen, die direkt auf einem flexiblen Substrat aus piezoresistivem Material gebildet oder anderweitig darin integriert sind, wie z. B. ein piezoresistives Gewebe oder ein anderes flexibles Material. Wenn Kraft auf solch einen Sensor ausgeübt wird, ändert sich der Widerstand zwischen Leiterbahnen, die durch das piezoresistive Material verbunden sind, in einer zeitvariablen Weise, die für die ausgeübte Kraft repräsentativ ist.Piezoresistive materials include any of a class of materials that have a change in electrical resistance in response to mechanical force (eg, pressure, shock, distortion, etc.) applied to the material. One class of sensors described herein includes conductive traces formed directly or otherwise integrated into a flexible dielectric substrate having piezoresistive material adjacent and / or tightly integrated with the dielectric substrate and in contact with portions of the traces. Another class of sensors described herein includes conductive traces formed directly on or otherwise integrated with a flexible substrate of piezoresistive material, such as a piezoelectric material. As a piezoresistive tissue or other flexible material. When force is applied to such a sensor, the resistance between interconnects connected by the piezoresistive material changes in a time-variable manner representative of the applied force.
Ein Signal, das die Stärke der angewandten Kraft darstellt, wird basierend auf der Widerstandsänderung erzeugt. Dieses Signal wird über die leitfähigen Leiterbahnen erfasst (z. B. als eine Spannung oder ein Strom), digitalisiert (z. B. über einen Analog-Digital-Wandler), verarbeitet (z. B. durch einen zugehörigen Prozessor, eine Steuerung oder geeignete Schaltungen) und (z. B. durch den zugehörigen Prozessor, die Steuerung oder die Schaltungen oder ein separates Steuersystem) zu einer Steuerfunktion zugeordnet, die in Verbindung mit der Steuerung und/oder der Operation von praktisch jeder Art von Prozess, Vorrichtung oder System verwendet werden kann. Es sollte beachtet werden, dass die Ausgangssignale von solchen Sensoren auch in einigen Fällen verwendet werden können, um eine Vielzahl von Verwerfungen und/oder Verformungen des bzw. der Substrate zu detektieren, auf denen sie gebildet oder in die sie integriert sind, wie z. B. Biegungen, Streckungen, Verwindungen, Verdrehungen usw. Außerdem können Arrays von Sensoren mit verschiedenen Konfigurationen für unterschiedliche Anwendungen verwendet werden.A signal representing the magnitude of the applied force is generated based on the resistance change. This signal is detected (eg as a voltage or a current) via the conductive tracks, digitized (eg via an analogue circuit). Digital converter), processed (eg, by an associated processor, controller, or appropriate circuitry), and (eg, by the associated processor, controller, or circuits, or a separate control system) associated with a control function disclosed in U.S. Patent Nos. 5,496,431; Connection with the controller and / or the operation of virtually any type of process, device or system can be used. It should be noted that the output signals from such sensors may also be used, in some cases, to detect a variety of distortions and / or deformations of the substrate (s) on which they are formed or integrated, such as, for example. Bending, stretching, twisting, twisting, etc. In addition, arrays of sensors with different configurations can be used for different applications.
Das Drucken, Sieben, Abscheiden, thermische Übertragen oder anderweitige Bilden leitfähiger Leiterbahnen auf flexiblen Substraten, ermöglicht die Herstellung eines Sensors oder Sensorarrays, das zu jeder willkürlichen Form oder jedem Volumen passt, wie z. B. die Konturen eines Fahrzeugsitzes wie hierin beschrieben. Das piezoresistive Material, mit dem die Leiterbahnen in Kontakt sind oder auf dem die Leiterbahnen gebildet sind, kann irgendeines aus einer Vielzahl von Geweben und Vliesen mit piezoresistiven Eigenschaften sein. Es sind auch Implementierungen denkbar, bei denen das piezoresistive Material irgendeines aus einer Vielzahl von flexiblen, dehnbaren oder anderweitig verformbaren Materialien (z. B. Kautschuk oder ein dehnbares Gewebe wie Elastan oder offenmaschige Gewebe) mit piezoresistiven Eigenschaften sein kann. Die leitfähigen Leiterbahnen können auf dem flexiblen Dielektrikumsubstrat oder dem piezoresistiven Material unter Verwendung irgendwelcher aus einer Vielzahl von leitfähigen Tinten oder Farben gebildet sein. Es sind genereller Implementierungen denkbar, in denen die leitfähigen Leiterbahnen unter Verwendung irgendeines leitenden Materials gebildet sind, das auf einem flexiblen Substrat gebildet werden kann. Es sollte unter Bezugnahme auf das Vorhergehende selbstverständlich sein, dass, während spezifische Implementierungen unter Bezugnahme auf spezifische Materialien und Techniken beschrieben sind, der Umfang dieser Offenbarung nicht derart beschränkt ist.Printing, screening, deposition, thermal transferring, or otherwise forming conductive traces on flexible substrates enables the fabrication of a sensor or sensor array that will fit any arbitrary shape or volume, such as, for example. For example, the contours of a vehicle seat as described herein. The piezoresistive material with which the traces are in contact or on which the traces are formed may be any of a variety of woven and nonwoven fabrics having piezoresistive properties. Implementations are also conceivable in which the piezoresistive material may be any of a variety of flexible, stretchable, or otherwise deformable materials (eg, rubber or a stretchable fabric such as spandex or open mesh fabrics) having piezoresistive properties. The conductive traces may be formed on the flexible dielectric substrate or the piezoresistive material using any of a variety of conductive inks or colors. General implementations are conceivable in which the conductive traces are formed using any conductive material that can be formed on a flexible substrate. It should be understood with reference to the foregoing that while specific implementations are described with reference to specific materials and techniques, the scope of this disclosure is not so limited.
Es sind sowohl einseitige als auch zweiseitige Implementierungen denkbar, wie z. B., dass leitfähige Leiterbahnen auf einer oder beiden Seiten eines flexiblen Substrats gedruckt oder gebildet sein können. Es versteht sich, dass beidseitige Implementierungen einen Mechanismus zum Verbinden von leitfähigen Leiterbahnen auf einer Seite des Substrats mit denjenigen auf der anderen Seite erfordern können. Einige Implementierungen verwenden Durchkontaktierungen, bei denen leitfähige Tinte oder Farbe durch die Durchkontaktierungen fließen gelassen wird, um die Verbindungen herzustellen. Alternativ können leitfähige Durchkontaktierungen oder Nieten Verbindungen durch das flexible Substrat herstellen. Sowohl ein- als auch beidseitige Implementierungen können auch isolierende Dielektrika verwenden die über oder unter leitfähigen Leiterbahnen gebildet sind. Dies ermöglicht das Stapeln oder Schichten von leitfähigen Leiterbahnen und Signalleitungen, um z. B. das Routing von Signalleitungen zu isolierten Strukturen auf eine Weise zu ermöglichen, die den unterschiedlichen Schichten einer Leiterplatte ähnlich ist.There are both one-sided and two-sided implementations conceivable, such. Example, that conductive traces can be printed or formed on one or both sides of a flexible substrate. It is understood that two-way implementations may require a mechanism for connecting conductive traces on one side of the substrate to those on the other side. Some implementations use vias in which conductive ink or paint is flowed through the vias to make the connections. Alternatively, conductive vias or rivets may make connections through the flexible substrate. Both one-sided and two-sided implementations can also use insulating dielectrics formed above or below conductive tracks. This allows the stacking or layers of conductive tracks and signal lines to z. B. to enable the routing of signal lines to isolated structures in a manner similar to the different layers of a printed circuit board.
Das Routing von Signalen auf das und von dem flexiblen Substrat kann auf vielerlei Arten erreicht werden. Beispielsweise könnten einige Implementierungen elastomere Anschlüsse verwenden (z. B. ZEBRA®-Anschlüsse), die leitfähigen und nicht leitfähigen Gummi mit einer Dichte von typischerweise einer Größenordnung größer als die Breite der leitfähigen Leiterbahnen, mit denen sie (z. B. an der Kante des Substrats) verbinden, abwechseln. Alternativ kann eine Leiterplatte (möglicherweise hergestellt aus einem flexiblen Material wie Kapton) oder ein Bündel von Leitern an das Substrat genietet oder anderweitig daran befestigt werden. Der Gebrauch von Nieten kann auch eine mechanische Verstärkung an die Verbindung bereitstellen.The routing of signals to and from the flexible substrate can be achieved in many ways. For example, some implementations may use elastomeric terminals (eg, ZEBRA® terminals) that include conductive and non-conductive rubber having a density typically greater than the width of the conductive traces with which they (e.g., at the edge of the substrate), alternating. Alternatively, a circuit board (possibly made of a flexible material such as Kapton) or a bundle of conductors may be riveted or otherwise attached to the substrate. The use of rivets can also provide mechanical reinforcement to the joint.
Gemäß einigen Implementierungen können übereinstimmende leitfähige Leiterbahnen oder Pads auf dem flexiblen Substrat und einer Leiterplatte aneinander unter Verwendung von beispielsweise einer Schicht aus Leitklebstoff (z. B. ein leitfähiges Epoxid wie Masterbond EP79 von Masterbond, Inc., Hackensack, New Jersey) befestigt werden, der auf eine oder beide von den Flächen aufgebracht wird, die dann miteinander verbunden werden. Die leitfähigen Leiterbahnen oder Pads können auch mit zusätzlichen mechanischen Elementen, wie akustischen Schweißnähten oder Nieten, zusammengehalten werden. Wenn leitfähige Nieten verwendet werden, um die elektrischen Verbindungen mit den leitfähigen Leiterbahnen des flexiblen Substrats herzustellen, mag der Leitklebstoff nicht erforderlich sein. Leitfähige Fäden können auch verwendet werden, um die leitfähigen Leiterbahnen des flexiblen Substrats mit einer äußeren Baugruppe zu verbinden. Der breite Bereich an Variationen im Umfang dieser Offenbarung werden einem Fachmann offensichtlich sein.In some implementations, matching conductive traces or pads on the flexible substrate and a printed circuit board may be attached to each other using, for example, a layer of conductive adhesive (e.g., a conductive epoxy such as Masterbond EP79 from Masterbond, Inc., Hackensack, New Jersey), which is applied to one or both of the surfaces, which are then joined together. The conductive traces or pads may also be held together with additional mechanical elements such as acoustic welds or rivets. If conductive rivets are used to make the electrical connections to the conductive traces of the flexible substrate, the conductive adhesive may not be required. Conductive filaments may also be used to connect the conductive traces of the flexible substrate to an outer assembly. The broad range of variations within the scope of this disclosure will be apparent to one of ordinary skill in the art.
Gemäß einer bestimmten Klasse von Implementierungen ist das piezoresistive Material ein druckempfindliches Gewebe hergestellt von Eeonyx, Inc., Pinole, Kalifornien. Das Gewebe umfasst leitfähige Partikel, die polymerisiert sind, um sie in dem Gewebe suspendiert zu halten. Das Basismaterial ist ein Polyesterfilz, der zur Einheitlichkeit in der Dichte und Dicke ausgewählt ist, da dies eine größere Einheitlichkeit in der Leitfähigkeit des fertiggestellten piezoresistiven Gewebes fördert. Die mechanische Einheitlichkeit des Basismaterials resultiert in einer gleichmäßigeren Verteilung von leitfähigen Partikeln, wenn ein Schlamm, der die leitfähigen Partikel enthält, eingeführt wird. Das Gewebe kann gewebt sein. Alternativ kann das Gewebe Vlies sein, wie z. B. ein kalandriertes Gewebe, z. B. Fasern, die durch chemische, mechanische, Wärme- oder Lösungsmittelbehandlung verbunden sind. Für Implementierungen, bei denen leitfähige Leiterbahnen auf dem piezoresistiven Gewebe gebildet sind, kann kalandriertes Material eine glatte Außenfläche präsentieren, die eine genauere Siebung von leitfähigen Tinten fördert.According to one particular class of implementations, the piezoresistive material is a pressure sensitive fabric manufactured by Eeonyx, Inc., Pinole, California. The tissue comprises conductive particles that have been polymerized to keep them suspended in the tissue. The base material is a polyester felt selected for uniformity in density and thickness as this is a larger one Promotes uniformity in the conductivity of the finished piezoresistive tissue. The mechanical uniformity of the base material results in a more uniform distribution of conductive particles when a slurry containing the conductive particles is introduced. The fabric can be woven. Alternatively, the fabric may be non-woven, such as. B. a calendered fabric, z. As fibers that are connected by chemical, mechanical, heat or solvent treatment. For implementations in which conductive traces are formed on the piezoresistive fabric, calendered material can present a smooth outer surface that promotes more accurate screening of conductive inks.
Die leitfähigen Partikel in dem Gewebe können irgendwelche von einer großen Vielfalt von Materialien sein, die beispielsweise Silber, Kupfer, Gold, Aluminium, Kohlenstoff usw. umfassen. Einige Implementierungen können Kohlenstoffgraphene einsetzen, die zum Greifen des Gewebes geformt sind. Solche Materialien können unter Verwendung von Techniken hergestellt sein, die in dem
Gemäß einer bestimmten Klasse von Implementierungen werden leitfähige Leiterbahnen mit variierenden Leitfähigkeitsniveaus auf einem flexiblen Dielektrikumsubstrat oder einem flexiblen piezoresistiven Material unter Verwendung leitfähiger Druckfarben auf Siliconbasis gebildet, die von beispielsweise E.I du Pont de Nemours and Company (DuPont), Wilmington, Delaware und/oder Creative Materials of Ayer, Massachusetts hergestellt werden. Ein Beispiel einer leitfähigen Tinte, die zum Implementieren von hochleitfähigen Leiterbahnen zur Verwendung mit verschiedenen Implementierungen geeignet ist, ist die Produktnummer
Zusätzliche Beispiele von Sensoren, Arrays von Sensoren und damit verbundenen Techniken, die mit verschiedenen durch die vorliegende Offenbarung ermöglichten Implementierungen verwendet werden können, werden in der US-Patentveröffentlichung Nr. 2015/0331522 mit dem Titel Piezoresistive Sensors and Applications, eingereicht am 9. Juni 2014 (Aktenz. des Anwalts. BBOPP004) und der US-Patentveröffentlichung Nr.
Jede von den Sensorleiterbahnstrukturen
Gemäß verschiedenen Implementierungen können unterschiedliche Sätze von Sensoren selektiv eingeschaltet und abgefragt werden, wodurch die Anzahl und Gesamtfläche der Leiterbahnen auf dem Substrat sowie die Verbindungen zu Sensorschaltungen z. B. über einen Anschluss (nicht gezeigt), der mit der Baugruppe an dem Ende
Und da die Sensorsignale in dieser Implementierung durch die Sensorschaltungen über mehrere unterschiedliche Sensorsignaleingänge empfangen werden, können mehrere Sensoren gleichzeitig eingeschaltet werden, solange sie mit unterschiedlichen Sensorsignaleingängen zu den Sensorschaltungen verbunden sind. Dies ermöglicht das Teilen von Ansteuersignalleitungen. Das Teilen von gemeinsamen Ansteuersignalleitungen kann in einigen Fällen durch Isolatoren ermöglicht werden, die ermöglichen, dass sich die leitfähigen Leiterbahnen kreuzen. In anderen Fällen könnten die leitfähigen Leiterbahnen einfach abweichen. In noch weiteren Fällen können Sensoren gemeinsame Ansteuersignale teilen, die entspringen und dann vor dem Erreichen der Baugruppe abzweigen. Daher sind in der gezeigten Implementierung nur
Genereller variiert die Anzahl an Signalleitungen, die verwendet werden, um die Sensoren des Arrays anzusteuern, die Anzahl an Signalleitungen, die verwendet werden, um die Sensorsignale zu erfassen, und die Weise, in der die Signalleitungen in jeder Gruppe geteilt werden können, beträchtlich von Implementierung zu Implementierung. Einige der Probleme, die Auslegungsentscheidungen diesbezüglich beeinflussen, umfasst beispielsweise die Topologie des Arrays. Das heißt, diese Auslegungsentscheidungen sind in hohem Maße davon abhängig, wie ein Signal jeden Sensor verlässt und wie gut jedes mit dem Ort der Baugruppe ausgerichtet ist, der mit der Außenwelt (z. B. dem Anschluss, einer PCB-Schnittstelle usw.) verbindet. Ein weiteres Problem betrifft Sensorausgangspegel. Das heißt, wenn erwartet wird, dass die Sensorausgangspegel niedrig sind, kann es vorteilhaft sein, einen direkteren Weg zu dem Anschluss oder den Sensorschaltungen durch mehrere Leitungen für Sensorsignale vorzusehen, wobei weniger Sensoren jede Leitung teilen. Dies kann auch den Vorteil haben, ein Übersprechen zwischen Sensoren zu reduzieren. Und bei Implementierungen, bei denen selbst kleine Mengen an Übersprechen unerwünscht sind, können die Leitungen, welche die Sensorausgangssignale zu den Sensorschaltungen übertragen, mit einem nicht invertierenden OP-Verstärker abgeschlossen werden, der eine virtuelle Masse darstellt. Andere geeignete Variationen bezüglich dieses Themas werden von einem Fachmann als im Umfang dieser Offenbarung verstanden.More generally, the number of signal lines used to drive the sensors of the array varies considerably, the number of signal lines used to detect the sensor signals, and the way in which the signal lines in each group can be shared Implementation to implementation. For example, some of the issues that affect design decisions include the topology of the array. That is, these design decisions are highly dependent on how a signal leaves each sensor and how well each is aligned with the location of the assembly that connects to the outside world (eg, the connector, a PCB interface, etc.) , Another problem concerns sensor output levels. That is, when the sensor output levels are expected to be low, it may be advantageous to provide a more direct path to the port or sensor circuits through multiple lines of sensor signals, with fewer sensors sharing each line. This can also have the advantage of reducing crosstalk between sensors. And in implementations where even small amounts of crosstalk are undesirable, the lines that transmit the sensor output signals to the sensor circuits can be terminated with a noninverting op amp that represents a virtual ground. Other suitable variations on this subject will be understood by one of ordinary skill in the art to be within the scope of this disclosure.
Gemäß einer bestimmten Implementierung sind die Leiterbahnstrukturen
Die piezoresistiven Patches
Das Substrat
Da einige durch die vorliegenden Offenbarungen ermöglichte Sensorsysteme dazu beabsichtigt sind, in Fahrzeugen eingesetzt zu werden, reicht der Temperaturbereich, für den solche Systeme konzipiert sind, von 40 °C bis 100 °C. Gemäß einigen Implementierungen ändert sich die Reaktion der Sensoren in einer bekannten Weise mit der Temperatur wie gezeigt in
Ein Thermoelement ist eine elektrische Vorrichtung, die zwei unähnliche Leiter mit einer elektrischen Verbindung umfasst, die infolge des Thermoeffekts eine temperaturabhängige Spannung erzeugt. Diese Spannung kann zum Messen der Temperatur verwendet werden. Einige konventionelle Thermoelemente werden durch Schweißen von beispielsweise einem Kupferdraht an einen Nickeldraht hergestellt. Während die Kombination erwärmt oder abgekühlt wird, erzeugt sie eine kleine Strommenge, welche die Temperatur darstellt. Traditionelle Thermoelemente können jedoch zu voluminös sein, um sie in ein Sitzpolster zu tun.A thermocouple is an electrical device that includes two dissimilar conductors with an electrical connection that produces a temperature-dependent voltage as a result of the thermal effect. This voltage can be used to measure the temperature. Some conventional thermocouples are made by welding, for example, a copper wire to a nickel wire. As the combination is heated or cooled, it generates a small amount of current representing the temperature. However, traditional thermocouples can be too bulky to fit into a seat cushion.
Gemäß einer bestimmten in
Bei der dargestellten Implementierung sind sechs Thermoelemente gezeigt, die bei der Baugruppe unter den Sensoren und Sensorroutingleiterbahnen verteilt sind. Die Ausgabe eines gegebenen Sensors oder einer Gruppe von Sensoren kann basierend auf einer Temperatur, die unter Verwendung eines oder mehrerer der Thermoelemente bestimmt wird, die Kalibrierdaten verwenden, die in einem Speicher gespeichert sind, der mit dem Prozessor verbunden ist (z. B. im Speicher
Es ist offensichtlich, dass die Temperatur, die verwendet wird, um einen Kalibrierfaktor für eine gegebene Sensorausgabe auszuwählen, auf eine Anzahl von Arten abgeleitet werden kann. Beispielsweise könnte eine Ausgabe eines Sensors basierend auf der Temperatur, die von dem nahesten Thermoelement gemeldet wird, angepasst werden. Alternativ könnten die berichteten Temperaturen von mehreren Thermoelementen (z. B. über Mitteln, Interpolation usw.) kombiniert werden, um einen Wert abzuleiten, der beispielsweise die Temperatur am Ort jedes Sensors besser darstellen könnte. Es versteht sich auch, dass die Anzahl und Verteilung von Thermoelementen für unterschiedliche Anwendungen basierend auf beispielsweise einer gewünschten Auflösung und/oder Genauigkeit beim Bestimmen der Temperatur (was dem entsprechen kann, wie genau die Sensoren sein müssen), dem verfügbaren Bereich usw. variieren kann. Viele Fahrzeugsitze umfassen beispielsweise Heizungsschichten, die einige Bereiche der Sitze mehr beeinflussen als andere. Des Weiteren kann das Vorhandensein eines Insassen Wärme vom Körper des Insassen und/oder einer Heizung einfangen. Es ist daher wünschenswert, die Anzahl und Verteilung von Temperaturfühlern anzupassen, sodass Sensorausgänge angepasst werden können, um das gewünschte Niveau an Genauigkeit im Berichten von Kräften des Sitzes zu erreichen.It will be appreciated that the temperature used to select a calibration factor for a given sensor output may be derived in a number of ways. For example, an output of a sensor could be adjusted based on the temperature reported by the closest thermocouple. Alternatively, the reported temperatures of several thermocouples (eg, via means, interpolation, etc.) could be combined to derive a value that could better represent, for example, the temperature at the location of each sensor. It will also be understood that the number and distribution of thermocouples for different applications may vary based on, for example, a desired resolution and / or accuracy in determining the temperature (which may correspond to how accurate the sensors need to be), the available range, and so on , For example, many vehicle seats include heating layers that affect some areas of the seats more than others. Furthermore, the presence of an occupant may trap heat from the body of the occupant and / or a heater. It is therefore desirable to adjust the number and distribution of temperature sensors so that sensor outputs can be adjusted to achieve the desired level of accuracy in registering forces of the seat.
Für Beispiele von Thermoelementstrukturen, die mit verschiedenen Implementierungen verwendet werden können, siehe das
Gemäß einigen Implementierungen kann die Ausgabe eines gegebenen Sensors oder einer Gruppe von Sensoren auch basierend auf dem Luftdruck unter Verwendung von Kalibrierdaten, die in einem Speicher gespeichert sind, der mit dem Prozessor verbunden ist (z. B. im Speicher
Es ist offensichtlich, dass der Luftdruck, der verwendet wird, um einen Kalibrierfaktor für eine gegebene Sensorausgabe auszuwählen, auf eine Anzahl von Arten abgeleitet werden kann. Beispielsweise könnte eine Ausgabe eines Sensors basierend auf dem Druck, der von dem nahesten Drucksensor berichtet wird, angepasst werden. Alternativ könnten die berichteten Drücke von mehreren Sensoren (z. B. über Mitteln, Interpolation usw.) kombiniert werden, um einen Wert abzuleiten, der beispielsweise den Druck am Ort jedes Sensors besser darstellen könnte. Es versteht sich auch, dass die Anzahl und Verteilung von Drucksensoren für unterschiedliche Anwendungen basierend auf beispielsweise einer gewünschten Auflösung und/oder Genauigkeit beim Bestimmen des Luftdrucks (was dem entsprechen kann, wie genau die Sensoren sein müssen), dem verfügbaren Bereich usw. variieren kann.It will be appreciated that the air pressure used to select a calibration factor for a given sensor output may be derived in a number of ways. For example, an output of a sensor could be adjusted based on the pressure reported by the closest pressure sensor. Alternatively, the reported pressures from multiple sensors (eg, via means, interpolation, etc.) could be combined to derive a value that could better represent, for example, the pressure at the location of each sensor. It should also be understood that the number and distribution of pressure sensors for different applications may vary based on, for example, a desired resolution and / or accuracy in determining air pressure (which may correspond to how accurate the sensors need to be), available range, and so on ,
Der Bedarf an Luftdrucksensoren kann reduziert oder sogar eliminiert werden, wenn das Gehäuse, in dem das Sensorsystem eingesetzt wird, ein Entlüften ermöglicht. Dies kann einfach durch Einschließen von Löchern oder Öffnungen in dem Gehäuse erreicht werden. Gemäß einigen Implementierungen können auch Entlüftungskomponenten verwendet werden, die den Innendruck eines Gehäuses regulieren, während sie dem Eindringen von Verunreinigungen widerstehen. Beispiele solcher Entlüftungskomponenten werden bereitgestellt von W. L. Gore & Associates (auch als Gore bekannt).The need for air pressure sensors can be reduced or even eliminated if the housing in which the sensor system is used allows venting. This can be achieved simply by including holes or openings in the housing. According to some implementations, venting components that regulate the internal pressure of a housing while resisting the ingress of contaminants can also be used. Examples of such venting components are provided by W. L. Gore & Associates (also known as Gore).
Es versteht sich, dass die Antworten der Sensoren in durch die vorliegende Offenbarung ermöglichten Arrays selbst bei gleicher Temperatur und gleichem Luftdruck relativ zueinander Variationen aufweisen können. Gemäß einigen Implementierungen werden kalibrierte Sensordaten, die die Antwort von jedem der Sensoren darstellen, gespeichert (z. B. im Speicher
Das Erzeugen der Datensatzpunkte für jeden Sensor kann durch individuelles Ausüben der Kraft auf jeden Sensor unter Verwendung von beispielsweise einer Vorrichtung mit einer Grundfläche erfolgen, die mit der Konfiguration des aktiven Bereichs des Sensors übereinstimmt (siehe z. B. die Form des Sensors Si von
Durch die vorliegende Offenbarung ermöglichte Implementierungen sind fähig, einen reichhaltigen Datensatz bereitzustellen, der die Kräfte an einem Fahrzeugsitz darstellt; was nicht nur die Detektion des Gewichts eines Objekts oder Insassen ermöglicht, sondern wie dieses Gewicht verteilt ist; zu jedem gegebenen Augenblick und über die Zeit. Mindestens einige der vorstehend beschriebenen Implementierungen ermöglichen die Detektion von Kräften bis hinunter zu ungefähr 300 Gramm, wobei der Abstand der 78 Sensoren eine Auflösung von nominal 10 mm bereitstellt. Es können natürlich feinere oder gröbere Auflösungen erreicht werden. Das heißt, der Dynamikbereich von individuellen Sensoren und die Auflösung, welche die Sensordaten darstellen, können im Umfang dieser Offenbarung beträchtlich variieren. Eine große Vielfalt von Auflösungen kann durch die Anzahl und den Abstand von Sensoren sowie durch den Gebrauch von Interpolation von Daten von mehreren Sensoren erreicht werden. Der Umfang der vorliegenden Offenbarung sollte daher nicht unter Bezugnahme auf die spezifischen beschriebenen Beispiele begrenzt werden.Implementations enabled by the present disclosure are capable of providing a rich set of data representing forces on a vehicle seat; which allows not only the detection of the weight of an object or occupant, but how that weight is distributed; at any given moment and over time. At least some of the implementations described above allow the detection of forces down to about 300 grams, with the spacing of the 78 sensors providing a nominal 10 mm resolution. Of course finer or coarser resolutions can be achieved. That is, the dynamic range of individual sensors and the resolution representing the sensor data can vary considerably within the scope of this disclosure. A wide variety of resolutions can be achieved by the number and spacing of sensors as well as by the use of interpolation of data from multiple sensors. The scope of the present disclosure should therefore not be limited by reference to the specific examples described.
Die
Sensordaten, die durch einen Sensor erzeugt werden und wie hierin beschrieben implementiert werden, können auf vielerlei Arten verarbeitet werden, um eine Klassifizierungsentscheidung zu erreichen. Eine Klassifizierung kann für einen Bereich von Objekttypen und Untertypen erreicht werden, die beispielsweise verschiedene Arten von leblosen Objekten (z. B. ein Autokindersitz), Lebewesen (z. B. unterschiedlich große Menschen in verschiedenen Sitzpositionen, unterschiedliche Arten und Größen von Haustieren usw.) oder Gewichtsklassen basierend auf einer Vielzahl von Modellen umfassen. Es können Maschinenlerntechniken genutzt werden, um solche Modelle und eine solche Leistung über die Zeit zu verbessern.Sensor data generated by a sensor and implemented as described herein can be processed in a variety of ways to achieve a classification decision. Classification may be achieved for a range of object types and subtypes, including, for example, various types of inanimate objects (eg, a car seat), living things (e.g., different sized people in different sitting positions, different types and sizes of pets, etc.). ) or weight classes based on a variety of models. Machine learning techniques may be used to improve such models and performance over time.
Eine geeignete Darstellung einer Merkmalsreihe, die von solchen Techniken verwendet werden kann, könnte beispielsweise ein Vektor sein, der numerische Darstellungen umfasst, die von den Sensordaten als Operanden abgeleitet sind. Die Operanden können für unterschiedliche Arten von Betonungen gewichtet sein. Solch ein Vektor könnte beispielsweise als ein Prüfvektor für einen Support Vector Machine-(SVM) -Maschinenlernprozess verwendet werden. Andere mögliche Darstellungen wären von der Art von eingesetzten Maschinenlerntechniken (z. B. Regressionsanalyse, neuronale Netzwerke, Tiefenlerntechniken usw.) abhängig.A suitable representation of a series of features that may be used by such techniques could be, for example, a vector comprising numerical representations derived from the sensor data as operands. The operands may be weighted for different types of accents. Such a vector could be used, for example, as a check vector for a Support Vector Machine (SVM) machine learning process. Other possible representations would depend on the type of machine learning techniques employed (e.g., regression analysis, neural networks, depth learning techniques, etc.).
Sobald sie erzeugt sind, werden die Trainingsvektoren durch einen Maschinenlernalgorithmus verarbeitet, um ein Modell für jede mögliche Objektklassifizierung zu erstellen. Der Klassifizierungsalgorithmus wendet dann das gelernte Modell auf die zu klassifizierenden Daten an, d. h., Echtzeitsensordaten. Es sollte jedoch beachtet werden, dass jeder Vektorraumklassifizierungsalgorithmus verwendet werden kann. Das heißt, zusätzlich zu einer SVM existiert eine große Vielfalt von geeigneten Alternativen einschließlich beispielsweise Naive Bayesian-Klassifizierer, lineare Diskriminanten-Klassifizierer, neuronale Netzwerke und Bayesian-Netzwerke.Once generated, the training vectors are processed by a machine learning algorithm to build a model for each possible object classification. The classification algorithm then applies the learned model to the data to be classified, i. h., real-time sensor data. It should be noted, however, that any vector space classification algorithm can be used. That is, in addition to an SVM, there are a wide variety of suitable alternatives including, for example, Naive Bayesian classifiers, linear discriminant classifiers, neural networks, and Bayesian networks.
Gemäß einer bestimmten Klasse von Implementierungen werden unbearbeitete Sensordaten zu einer Darstellung der physischen Geometrie und Ausrichtung des Sensorsystems in dreidimensionalem (
Wenn die Daten zu einer 3D-Darstellung zugeordnet wurden, kann eine weitere Verarbeitung erfolgen, um sie für eine Analyse vorzubereiten. Eine solche Verarbeitung kann beispielsweise Puffern, Glätten/Mitteln, Beschneiden, Versetzen oder Hinzufügen von Verstärkung usw. umfassen. Diese Operationen können an den Daten für jeden Sensor ausgeführt oder auf verschiedene Ansammlungen der Daten angewandt werden.If the data has been assigned to a 3D representation, further processing may be done to prepare it for analysis. Such processing may include, for example, buffering, smoothing / trimming, cropping, offsetting or adding gain, and so on. These operations can be performed on the data for each sensor or applied to different collections of data.
Die Sensordaten können dann analysiert und Merkmale zur Klassifizierung unter Verwendung von beispielsweise Techniken extrahiert werden, die denjenigen ähnlich sind, die in Bildverarbeitungsanwendungen verwendet werden. Eine Merkmalsextraktion kann für alle Sensoren gemeinsam sowie an Untergruppen von Sensoren erfolgen. Beispiele von Merkmalen umfassen (sind aber nicht beschränkt auf) Summe, Mittelwert, Schwellenwerte, Anzahl an Clustern (eine zusammenhängende Gruppe von Sensoren basierend auf einem gemeinsamen Merkmal), Clusterverteilung, Clustergröße, Schwerpunkt, Form, Bewegung, Gewicht, Druckverteilung, Auslöserereignisse und Änderungen in Merkmalen oder Komponenten von Merkmalen über die Zeit. Umweltdaten können auch in der Merkmalsreihe beinhaltet sein. Solche Daten können durch zusätzliche Sensoren, wie z. B. Thermistoren für Temperatur (wie vorstehend beschrieben) und/oder von Hilfsverarbeitungsmodulen (z. B. ein Automobilcomputer) bereitgestellt werden.The sensor data may then be analyzed and features for classification extracted using, for example, techniques similar to those used in image processing applications. Feature extraction may be common to all sensors as well as subgroups of sensors. Examples of features include, but are not limited to, sum, average, thresholds, number of clusters (a contiguous set of sensors based on a common feature), cluster distribution, cluster size, centroid, shape, motion, weight, pressure distribution, trigger events, and changes in features or components of features over time. Environmental data can also be included in the feature series. Such data can be detected by additional sensors, such. Thermistors for temperature (as described above) and / or auxiliary processing modules (eg, an automobile computer).
Es ist jedoch für einen Fachmann offensichtlich, dass Veränderungen in der Form und den Details der hierin beschriebenen Implementierungen erfolgen können, ohne vom Umfang dieser Offenbarung abzuweichen. Es wurden vorstehend beispielsweise Implementierungen beschrieben, bei denen das piezoresistive Material mit dem die Sensoren implementiert sind, in isolierten Patches vorgesehen sind. Es sollte jedoch beachtet werden, dass Implementierungen denkbar sind, bei denen größere piezoresistiven Materialteile verwendet werden können, um mehrere Sensoren oder gar das gesamte Array von Sensoren zu implementieren. Das heißt, das piezoresistive Material kann ein flexibles Gewebe oder ein anderes Material sein, das über mehrere Sensoren oder das gesamte Array durchgängig ist. Und für solche Implementierungen können die Sensorleiterbahnstrukturen und Routingleiterbahnen gedruckt, abgeschieden oder anderweitig direkt auf dem piezoresistiven Material, dem angrenzenden Substrat oder beiden gebildet werden.However, it will be apparent to those skilled in the art that changes may be made in the form and details of the implementations described herein without departing from the scope of this disclosure. For example, implementations have been described above in which the piezoresistive material with which the sensors are implemented is provided in isolated patches. It should be noted, however, that implementations are conceivable in which larger piezoresistive parts of material can be used to implement multiple sensors or even the entire array of sensors. That is, the piezoresistive material may be a flexible fabric or other material that is continuous throughout multiple sensors or the entire array. And for such implementations, the sensor trace structures and routing traces may be printed, deposited, or otherwise formed directly on the piezoresistive material, the adjacent substrate, or both.
Es sollte auch beachtet werden, dass die Informationen von den durch die vorliegende Offenbarung ermöglichten Sensorsystemen auf vielerlei Arten verwendet werden können. Beispielsweise können die Sensordaten oder Informationen, die von den Sensordaten abgeleitet sind, beim Steuern und/oder Moderieren des Einsatzes von Airbags und anderen aktiven Rückhaltesystemen verwendet werden. Bei einem weiteren Beispiel können die Sensordaten oder Informationen, die von den Sensordaten abgeleitet sind, mit autonom gefahrenen Fahrzeugen verwendet werden, um z. B. zu bestimmen, dass tatsächlich ein Mensch hinter dem Lenkrad sitzt, bevor der Auto-Pilot übersteuert wird, oder um Informationen über das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein eines Beifahrers als Eingabe in eine Fahrsoftware zu verwenden, um eine Entscheidungsfindung in Zusammenhang mit Kollisionen mit anderen Fahrzeugen oder Behinderungen zu informieren. Bei einem weiteren Beispiel können Informationen über die Gewichtsverteilung in einem Fahrzeug verwendet werden, um den Betrieb des Aufhängungssystems eines Kraftfahrzeugs, eines Antiblockiersystems und/oder irgendwelcher aus einer Vielzahl anderer Systeme zu verbessern, welche das Fahrzeugleistungsvermögen beeinflussen. Bei einem weiteren Beispiel könnten Sensordaten oder Informationen, die von den Sensordaten abgeleitet sind, verwendet werden, um spezifische Fahrzeuginsassen zum Zweck des Anpassens verschiedener Fahrzeugsysteme (Sitzstellung, Spiegel, Innenraumklimatisierung, Entertainmentsystem usw.) gemäß den gespeicherten Präferenzen dieses Insassen zu erkennen.It should also be noted that the information from the sensor systems enabled by the present disclosure can be used in a variety of ways. For example, the sensor data or information derived from the sensor data used in controlling and / or moderating the deployment of airbags and other active restraint systems. In another example, the sensor data or information derived from the sensor data may be used with autonomously driven vehicles to operate e.g. For example, to determine that a person is actually sitting behind the wheel before the car driver is overridden, or to use information about the presence or absence of a passenger as input to a driving software, in order to make a decision related to collisions with other vehicles or disabilities. In another example, information about the weight distribution in a vehicle may be used to enhance the operation of the suspension system of a motor vehicle, an anti-lock brake system, and / or any of a variety of other systems that affect vehicle performance. In another example, sensor data or information derived from the sensor data could be used to identify specific vehicle occupants for the purpose of adapting various vehicle systems (seat position, mirrors, cabin air conditioning, entertainment system, etc.) according to the stored preferences of that occupant.
Es sind auch Implementierungen denkbar, bei denen zusätzliche wie hierin beschrieben implementierte Sensoren in die Rückseite des Sitzes, die Kopfstütze und/oder in den Boden des Fahrzeugs (oder eine Bodenmatte) vor dem Sitz integriert oder damit ausgerichtet sein können. Es ist offensichtlich, dass solche zusätzlichen Sensoren zusätzliche Details bezüglich der Größe und des Gewichts eines Insassen eines Sitzes sowie dessen Sitzposition bereitstellen können. Solche zusätzlichen Details könnten eine feinere Entscheidungsfindung durch ein OCS und die Systeme die sich auf das OCS stützen, unterstützen. Die zusätzlichen Sensoren können Teil der gleichen Baugruppe wie die Sensoren sein, die dem unteren Sitzpolster zugehörig sind (z. B. als zusätzliche Erweiterungen zum Sensorsystem
Obwohl verschiedene Vorteile, Aspekte und Aufgaben unter Bezugnahme auf verschiedene Implementierungen beschrieben wurden, sollte der Umfang dieser Offenbarung letztendlich nicht unter Bezugnahme auf diese Vorteile, Aspekte und Aufgaben begrenzt werden. Vielmehr sollte der Umfang dieser Offenbarung unter Bezugnahme auf die angefügten Ansprüche bestimmt werden.Although various advantages, aspects, and objectives have been described with reference to various implementations, the scope of this disclosure should not ultimately be limited by reference to these advantages, aspects, and objectives. Rather, the scope of this disclosure should be determined with reference to the appended claims.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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